Марганец (Mn) — химический элемент №25: свойства, 3D-модель, изотопы

3D-модель

Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.

Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб

Атомные свойства

Атомный номер: 25
Атомная масса: 54.938 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Ar] 3d⁵ 4s²
Электроны по оболочкам: 2 · 8 · 13 · 2
Блок: d-блок
Группа: Подгруппа марганца
Период: 4
Электроотрицательность (Полинг): 1.55
Электроотрицательность (Аллен): 1.75
Атомный радиус: 161 pm
Ковалентный радиус: 139 pm
Ван-дер-ваальсов радиус: 197 pm
1-я энергия ионизации: 717.3 kJ/mol
2-я энергия ионизации: 1 509 kJ/mol
3-я энергия ионизации: 3 248 kJ/mol
4-я энергия ионизации: 4 940 kJ/mol
5-я энергия ионизации: 6 990 kJ/mol
Сродство к электрону: 0 kJ/mol
Характерные степени окисления: +2, +4, +7
Степени окисления: -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7

Физические свойства

Состояние при 25 °C: твёрдое
Плотность: 7.21 g/cm³
Температура плавления: 1 519 K · 1 245.9 °C
Температура кипения: 2 334 K · 2 060.9 °C
Скорость звука: 5 150 m/s

Тепловые свойства

Теплота плавления: 12.91 kJ/mol
Теплота испарения: 221 kJ/mol
Удельная теплоёмкость: 0.479 J/(g·K)
Теплопроводность: 7.81 W/(m·K)

Механические свойства

Модуль Юнга: 198 GPa
Модуль сдвига: 76 GPa
Модуль объёмного сжатия: 120 GPa
Коэффициент Пуассона: 0.35
Твёрдость по Моосу: 6
Твёрдость по Бринеллю: 196 MPa

Электрические и магнитные свойства

Удельное сопротивление: 1 440 nΩ·m
Магнитный тип: парамагнетик
Точка Кюри: нет данных
Точка Нееля: нет данных
Температура сверхпроводимости: нет данных

Кристаллическая структура

Кристаллическая решётка: сложная кубическая
Параметры решётки: a = 891.25 pm

Распространённость

В земной коре: 950 mg/kg
В океане: 0.0002 mg/L
Во Вселенной: 8 000 mg/kg
В теле человека: 0.2 mg/kg

Изотопы

Изотоп	Распространённость	Период полураспада	Тип распада
⁵³Mn	—	3.7 млн лет	ЭЗ
⁵⁵Mn	100 %	стабилен	—

Единственный стабильный изотоп — марганец-55. Марганец-53 с периодом 3,7 млн лет используют в космохронологии.

Открытие

Год открытия: 1774
Кто открыл: Юхан Готлиб Ган
Где: Швеция
Происхождение названия: от искажённого «магнезия» — минерала пиролюзита

История

Пиролюзит использовали в стекловарении с античности для обесцвечивания стекла. Металл выделил Юхан Ган в 1774 году по подсказке Шееле, показавшего, что пиролюзит содержит новый элемент.

Где встречается

950 мг/кг коры, двенадцатый по распространённости элемент. Главные руды — пиролюзит и родохрозит; на дне океана лежат железомарганцевые конкреции.

Как получают

Восстановлением оксидов углеродом до ферромарганца, электролизом сульфата — до чистого металла. Крупнейшие производители — ЮАР, Австралия и Габон.

Роль в живой природе

Незаменимый микроэлемент: марганец входит в супероксиддисмутазу митохондрий и в фермент, расщепляющий воду при фотосинтезе. Именно марганцевый кластер в фотосистеме II выделяет весь атмосферный кислород.

Безопасность

Хроническое вдыхание марганцевой пыли вызывает манганизм — паркинсоноподобное поражение нервной системы, описанное у сварщиков и шахтёров.

Применение

Сталь: около 90 % всего марганца, как раскислитель и легирующая добавка
Сталь Гадфильда с 12 % марганца самоупрочняется при ударе — идёт на зубья экскаваторов и железнодорожные крестовины
Катодный материал литий-ионных аккумуляторов
Перманганат калия как окислитель и антисептик
Обесцвечивание стекла — «стекловарное мыло»

Любопытные факты

Кислород, которым мы дышим, выделяется четырёхатомным марганцевым кластером в хлоропластах растений.
Марганец даёт наибольший разброс степеней окисления среди всех элементов.
Перманганат калия окрашивает раствор в интенсивно-фиолетовый и обесцвечивается при восстановлении — классическая индикация в титровании.
Наскальные рисунки в пещерах Ласко выполнены оксидами марганца и железа.

Место в таблице

Mn